1. Выбор и обоснование силовой части.

Согласно техническому заданию нагрузочное устройство должно поддерживать заданный ток разряда с определённой точностью и отключать разряд при достижении минимального заданного значения напряжения. Силовая часть нагрузочного устройства должна быть как можно проще. Поэтому силовую часть нагрузочного устройства целесообразно реализовывать на базе непосредственного преобразователя напряжения (НПН) понижающего типа. Схема НПН понижающего типа и её работа описаны далее.

Наиболее простая и получившая самое широкое распространение схема непосредственного преобразователя понижающего типа представлена на рис.1,а. Регулирование выходного напряжения в этой схеме осуществляется изменением соотношений времени включенного t_вкл и времени выключенного t_выкл состояний транзистора, что иллюстрируется диаграммой на рис.1,б.

а)

б)

рис.1

Полагая что все элементы в схеме не имеют потерь, а выходные напряжения и ток идеально сглажены, для среднего значения выходного напряжения можно записать

Где T- период переключения транзистора, - относительная длительность включённого состояния транзистора.

Регулирование напряжения за счёт изменения можно рассматривать как модуляцию входного напряжения. Возможны три способа модуляции:

1. время t_вкл – величина переменная, а период T- постоянный;

2. время t_вкл – величина постоянная, а время t_выкл- переменная;

3. время t_выкл – величина постоянная, а время t_вкл- переменная;

Практическое распространение в рассматриваемой области техники получил лишь первый вид, называемый широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), который и будет рассмотрен ниже.

Выведем основные расчётные соотношения, по-прежнему полагая идеальными все элементы в схеме.

Предположим, что процессы в схеме установились и транзистор перешёл в открытое состояние в момент времени t 0 , как показано на рис.2. Под воздействием разности входного напряжения и напряжения на конденсаторе (но это же и напряжение на нагрузке U_вых ) начинает нарастать ток дросселя i_L. Пренебрегая пульсацией напряжения на конденсаторе, которая в реальных схемах достаточна мала, получаем уравнение

Из последнего уравнения следует, что ток i_L будет нарастать по линейному закону

,

где -ток, протекающий через дроссель в момент включения транзистора.

В момент времени t t₁ транзистор выключается и включается диод, через который начинает протекать ток i_L. К дросселю прикладывается только напряжение U_вых в направлении, уменьшающем ток i_L, что можно выразить уравнением

.

Следовательно, ток в дросселе начнёт убывать по линейному закону

Процессы в понижающем преобразователе в режиме непрерывного тока дросселе

Рис.2.

,

где - ток в момент выключения транзистора.

Затем в момент t t₂ снова включается транзистор и процессы начнут повторяться.

Если к концу интервала разомкнутого состояния транзистора ток i_L не успевает снизиться до нуля, то такой режим работы называют режимом непрерывного тока. Этот режим обычно и используется в практических схемах. На рис.2 представлены диаграммы величин для режима непрерывного тока.

При проектировании нагрузочного устройства следует учитывать процессы, происходящие в схеме НПН понижающего типа.